深入分析水环境及重金属污染的检测方式研究

□（辽宁省本溪水文局水环境监测中心）

深入分析水环境及重金属污染的检测方式研究

□万太斌（辽宁省本溪水文局水环境监测中心）

水作为人类生存与发展中不可或缺的资源之一，其重要性不言而喻，我国地大物博，水资源相对比较丰富。然而，由于人口基数较大，致使人均水资源占有量较少。近年来，随着中国大力发展经济，对自然生态环境造成了一定程度的破坏，水环境污染问题随之加剧，这已经影响到了中国的持续发展。为此，对水环境污染问题进行深入分析尤为必要。文章首先简要分析了水环境污染问题，在此基础上对水环境重金属污染的检测方式进行论述。

水环境；污染；重金属检测

1 中国水环境污染问题分析

国家环保总局的调查统计结果显示，中国各大主要河流的水环境问题以有机物污染为主，关键性的污染指标如下：氨氮、高锰酸盐、挥发酚等，污染程度较为严重的河流水域包括长江、珠江、松花江、黄河、海河、淮河、辽河。水利部门的调查报告显示，在调查的100 000 km河流水域当中，受污染的接近50%左右，有近40%的河流与渔业水质标准的要求不符，还有一少部分河流中的鱼虾已经基本绝迹。国内大部分湖泊的水体呈现出明显的富营养化特征，总磷和总氮是主要的污染指标。在对国内200余个城市的地下水进行监测后得出如下结果：其中有97%左右的城市地下水受到了不同程度的污染，有近40%左右的城市地下水污染情况不断加剧。近海海域也受到了一定的污染，其中东海的污染情况最为严重，渤海次之，南海的水质相对较好。下面重点对水环境的重金属污染问题进行深入、具体的分析。

1.1 水环境重金属污染的主要来源

所谓的水环境重金属污染具体是指排入到水体当中各类重金属物质的总量超过了水体本身的自净能力，由此导致水的性质出现了一定程度的变化，直接影响了水环境中各种生物的生存条件，间接影响了人类的健康。大体上可将重金属污染的来源归纳为两个方面，一方面源于自然，如：岩石经过风化之后所产生出来的碎屑物质等；另一方面源于人为，如：冶炼、采矿、金属加工、化工生产、电子、染料、农药等。在这两个方面的双重作用下，各类重金属元素在不同的环境介质当中不断地发生迁移变化，由此形成了极为严重的二次污染。

1.2 重金属污染的主要危害

目前，重金属污染已经成为水环境最为严重的污染问题，由于重金属元素本身都具有一定的毒性，容易囤积在生物体内，部分重金属无法降解，若是水中的生物吸收后，则会通过食物链危害到动物和人类的健康。

对水生植物的危害。重金属元素会使水生植物的代谢紊乱，当与其体内的蛋白质、核酸等分子结合之后，会导致生物的活性下降。当Hg、Pb、Cu、Cd、Zn等重金属浓度过高时，会严重危害水生植物的健康。

对水生动物的危害。对于水环境而言，Hg是污染最为严重且毒性最强的一种重金属元素，它的化合物甲基汞危害最大；Cd具有超强的生物蓄积能力，容易诱发水生动物主要脏器肿大，如肝肾等，同时还会对水生动物脑部乙酰胆碱酯酶的活性造成影响；Pb会破坏细胞组织，造成细胞的存活能力降低，严重时会对水生动物的生殖功能造成影响。

对人体的危害。在各类重金属元素中，对人体危害最大的有Hg、Pb、Cd、As和Cr，上述重金属元素基本不会在水中被分解，并且还会与水中的其它毒素生成毒性更加巨大的有机物或无机物，当其被人体吸收之后，毒性会成倍放大，对人体的器官组织会形成严重的破坏。如Hg会对神经系统造成危害，Cd会诱发心脑血管疾病，Cr对皮肤组织具有腐蚀性，容易造成皮肤表面溃烂，Pb会损伤人体的脑细胞，As会引起神经及消化系统障碍。

2 水环境重金属污染的检测方式

目前，对水环境当中的重金属污染检测较为常用的方法有分光光度法、原子光谱法和溶出伏安法，在这3种检测方法中，溶出伏安法的应用优势最为突出，主要体现在检测成本低、检测仪器简单、操作方便、响应时间快、检测下限低等，鉴于此，本文运用该方法对水环境中的Cu、Pb、Cd、Zn4种重金属进行检测分析。

2.1 镀汞电极的选取

相关研究结果表明，汞膜的厚薄程度对电极的检测能力、灵敏度以及溶出峰形具有一定的影响，故此在采用溶出伏安法对重金属污染进行检测的过程中，对汞膜厚度的控制显得尤为重要，这直接关系到检测结果的准确性。虽然采用沾汞电极较为简单，但汞膜的厚度却很难控制，无法获得良好的重现性，而镀汞电极由于镀汞的条件统一，获得汞膜的差异较小，因此可以确保良好的重现性。目前，较为常用的电极有以下几种：银基电极、玻碳电极、铂金电极等，就上述几种电极在相同的条件下分别进行镀汞，利用镀好汞膜的电极分别对Cu、Pb、Cd、Zn进行检测，通过检测结果的比较，进行镀汞电极的选取。4种电极经过镀汞之后，银基与玻碳两种电极可以同时检测出Cu、Pb、Cd、Zn，并且能够得到较好的峰形，而铂金电极镀汞之后，虽然也能同时检测出Cu、Pb、Cd，但峰形相对较差，故此可将铂金电极排除。剩余两种电极在镀汞之后都具有良好的检测性能，通过对比试验，玻碳电极的灵敏度要高于银基电极，并且前者的溶出伏安峰曲线线形要更好一些，故此，本次试验中，决定选用玻碳电极。

2.2 检测仪器与主要试剂

本次检测中选用国内某公司生产的CHI660A电化学工作站作为主要检测设备，辅助仪器为磁力搅拌器，工作电极为玻碳镀汞电极，参比电极为银/氯化银电极。Cu、Pb、Cd、Zn标准溶液全部采用高纯度金属经过浓硝酸溶解之后制成，所有试验用水均为离子水，除盐酸和硝酸为优级纯之外，其余试剂全部为分析纯。

2.3 实验参数设置

本次试验采用差分脉冲阳极溶出伏安法，对水中Cu、Pb、Cd、Zn进行检测，具体的参数设置如表1所示。

表1 基本参数表

2.4 试验方法

在试验过程中，先向汞膜工作电极施加一个负电位，此时，溶液当中被测的金属离子，将会被还原在汞膜电极上，由此会形成汞齐，并在静置一定的时间后，反向施加扫描电压，此时被还原的金属会按照一定次序从形成的汞齐上氧化溶出，并进入到溶液当中，随后对整个溶出过程的I-V曲线进行记录，由此便可获得溶出伏安曲线，按照该曲线当中溶出电流峰的出峰电位及峰高便可进行定性与定量分析。

2.5 实验结果与讨论

根据预先确定好的实验条件，对Cu、Pb、Cd、Zn标准溶液进行配制，分别对不同浓度下Cu、Pb、Cd、Zn的峰电流进行测定，以此为据，对工作曲线进行绘制，具体如图1所示。

图1 Zn、Cd、Pb、Cu、的标准工作曲线图

由实验结果可知：-1.20V附近是Zn的溶出伏安峰，在5～1 000范围内，峰电流与Zn浓度之间具有良好的线性关系，按照线性回归方程，可计算出线性相关系数为99.81×10-2；-0.77V附近是Cd的溶出伏安峰，在1～500范围内，峰电流与Cd浓度之间具有良好的线性关系，依据线性回归方程，可计算出线性相关系数为99.98×10-2；-0.58V附近是Pb的溶出伏安峰，在2～800范围内，峰电流与Pb浓度之间具有良好的线性关系，根据线性回归方程，可计算出线性相关系数为99.93×10-2；-0.17V附近是Cu的溶出伏安峰，在5～500范围内，峰电流与Cu浓度之间具有良好的线性关系，根据线性回归方程，可计算出线性相关系数为99.99×10-2。分别取Cu、Pb、Cd、Zn浓度为40的溶液进行连续测定，次数为5次，得出相对标准偏差为6.20%、3.30%、5.30%、4.80%，由该结果可以看出，整个实验过程具有较好重现性。随后对试剂空白进行10次测定，并计算出检出限，得出Cu、Pb、Cd、Zn的检出限分别为1.10、0.80、0.50、2.80。

3 结语

综上所述，文章在简要分析水环境污染问题的基础上，运用溶出伏安法对水环境中的Cu、Pb、Cd、Zn 4种重金属进行了检测分析，结果表明，该方法能够准确对水中的Cu、Pb、Cd、Zn进行检测。在未来一段时期，应当加大对水环境重金属检测方法的研究力度，在现有方法的基础上进行改进和完善，使其能够更好地为水环境污染防治服务。

［1］张雷，秦延文，马迎群等.大辽河感潮段及其近海河口重金属空间分布及污染评价［J］.环境科学，2014(8)∶87-89.

［2］张子安.水中重金属的检测与分析-以珠江水系的支流为例［J］.水质监测技术，2015(3)∶43-45.

TP212.2

A

1673-8853（2017）01-0082-02

2016-11-07

（编辑：韦诗佳）

万太斌，（1980-）男，工程师，主要从事水环境监测及水质化验工作。